撐開式髓內(nèi)釘固定股骨干骨折的生物力學(xué)研究.pdf

1、目的:交鎖髓內(nèi)釘是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于長(zhǎng)管狀骨骨折內(nèi)固定的主流，但交鎖髓內(nèi)釘螺釘孔及其周圍的應(yīng)力集中，將有可能導(dǎo)致材料的力學(xué)失敗，造成植入物斷裂、再骨折等相關(guān)并發(fā)癥。交鎖髓內(nèi)釘?shù)闹踩?，尤其是遠(yuǎn)端螺釘植入，由于借助C型臂X線機(jī)閉合穿釘，手術(shù)操作復(fù)雜，難度較大。自行設(shè)計(jì)研制了一種新型撐開式髓內(nèi)釘(intramedullary propping nailing，IPN)。本文即從實(shí)驗(yàn)角度研究該新型髓內(nèi)釘?shù)纳锪W(xué)特性，并與傳統(tǒng)交鎖髓內(nèi)釘比較，檢驗(yàn)

2、其對(duì)一個(gè)股骨干橫行骨折模型IPN能否達(dá)到動(dòng)力性控制骨折分離、克服交鎖髓內(nèi)釘以上缺點(diǎn)的目的，是否可獲得與傳統(tǒng)交鎖髓內(nèi)釘類似的壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度等力學(xué)性能。 材料與方法: IPN主要由主釘、撐開內(nèi)芯、拉力螺母、鎖釘和封口釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)組成。 采用隨機(jī)配對(duì)設(shè)計(jì)比較Grosse & Kempf(G&K)釘和IPN的生物力學(xué)特性，取10對(duì)男性冷凍尸體新鮮股骨標(biāo)本，標(biāo)本長(zhǎng)度平均為(438±10)mm，平均外徑(26.4+1.5)mm，實(shí)

3、驗(yàn)前24h自然解凍。測(cè)試確定生前均無骨骼疾病史，無骨質(zhì)疏松，各標(biāo)本骨密度間無明顯差異。將標(biāo)本置于正常生理狀態(tài)站立位，上下兩端用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)包埋。按標(biāo)本左右分為兩組(每組樣本n=10)，IPN隨機(jī)固定左或右標(biāo)本，同對(duì)相對(duì)應(yīng)的另一標(biāo)本用G&K釘固定作為對(duì)照。骨折模型采用一力學(xué)良好的狀態(tài)：橫行骨折，小轉(zhuǎn)子下8cm截骨，形成股骨中份1mm的骨缺損。常規(guī)植入IPN和IG&K釘，將骨一

4、植入物復(fù)合體安裝在MTS上，安裝不同的組合夾具和引伸儀，連接各種記錄測(cè)量?jī)x器(如線性可變差動(dòng)變送器，linear variable differential transformer，LVDT)，實(shí)驗(yàn)分為軸向壓縮、四點(diǎn)彎曲和扭轉(zhuǎn)。所有試件均紀(jì)錄加載與否的長(zhǎng)度或彎曲、扭轉(zhuǎn)角度的變化。采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，根據(jù)不同資料選擇配對(duì)t檢驗(yàn)、配對(duì)符號(hào)秩和檢驗(yàn)分析或兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)，P值<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)

5、意義。 結(jié)果：1.承受軸向壓縮負(fù)荷時(shí)，在任何一個(gè)面，完整骨的應(yīng)變、抗壓縮剛度與釘骨系統(tǒng)有明顯的差異，完整的股骨表現(xiàn)出較大的應(yīng)變和較小的抗壓縮剛度。IPN—BIC前面的應(yīng)變量平均值是完整骨的24％(1.00×10-4mm/mm)，后、內(nèi)、外側(cè)依次是完整骨的15％(1.04×10-4 mm/mm)、6.8％(0.68×10-4 mm/mm)和14％(0.84×10-4 mm/mm)；前、后、內(nèi)和外側(cè)的平均抗壓縮剛度分別是完整骨的3.

6、8(1.50×106 N/mm)、4.8(1.69×106 N/mm)、8.8(1.67×106 N/mm)和4.6(1.50×106N/mm)倍。與完整骨相比，G&K-BIC的應(yīng)變量平均值變化范圍是16％和40％；剛度平均值變化范圍為1.8～4.0倍。除了外側(cè)面和后面，IPN-BIC的抗壓縮剛度較G&K-BIC明顯大；：IPN-BIC的應(yīng)變量平均值大于G&K-BIC，但是兩者之間的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與G&K-BIC(F=3.578，

7、P=0.023)相比，IFN-BIC的應(yīng)變分布更為合理均勻(F=1.007，P=0.401)； 2.多數(shù)釘骨系統(tǒng)的抗彎曲剛度較完整骨小，但是在任何一個(gè)彎曲方向，兩種釘骨系統(tǒng)之間的差異卻無意義；而且，不論是IPN或G&K-BIC，抗彎曲剛度在四個(gè)彎曲方向之間的差異也沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。代表內(nèi)外和外內(nèi)彎曲剛度的冠狀面抗彎剛度，盡管IPN-BIC的抗彎剛度的平均值(699.74 N/mm；68.3％完整骨)略大于G&K-BIC的(644.

8、85 N/mm；62.9％完整骨)，兩者之間的差異卻沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.113)；代表前后和后前彎曲的失狀面抗彎剛度，與G&K-BIC的剛彎剛度平均值(606.32 N/mm；60.4％完整骨)相比，雖然IPN-BIC稍大(670.84 N/mm；66.9％正常骨)，兩者之間同樣沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.731)； 3.當(dāng)扭矩是5 Nm時(shí)，完整骨的抗扭轉(zhuǎn)剛度最大(4.38 Nm/°)，分別是IPN-BIC和G&K-BIC的9倍

9、(0.50 Nm/°)和12倍(0.35Nm/°)，然而，兩釘骨系統(tǒng)之間的差異仍然沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；當(dāng)扭矩是8 Nm時(shí)，可以得到類似的結(jié)果。 結(jié)論: IPN-BIC抗壓縮剛度大于G&K-BIC，抗彎剛度和抗扭轉(zhuǎn)剛度兩者相當(dāng)，IPN-BIC獨(dú)具骨折斷端加壓作用，因此IPN具有良好的生物力學(xué)性能，應(yīng)能滿足臨床需要。更為重要的是：其良好的生物力學(xué)性能是因?yàn)镮PN不僅具有與交鎖髓內(nèi)釘(G&K釘)完全不同的結(jié)構(gòu)，而且具有和交鎖髓內(nèi)釘插銷式固